Considere um ônibus urbano de massa m = 1,20×104 kg que reduz sua velocidade de v0 = 12 m/s para v = 3,0 m/s…

Questão

Considere um ônibus urbano de massa m = 1,20×104 kg que reduz sua velocidade de v0 = 12 m/s para v = 3,0 m/s em ?t = 5,0 s usando frenagem regenerativa com eficiência energética ? = 0,60. Analise como as três Leis de Newton explicam o processo e calcule: (a) desaceleração média a; (b) força média de frenagem F; (c) energia cinética perdida ?K e energia elétrica recuperável. Use g = 10 m/s² e inclua equações.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

1ª lei (inércia): o ônibus tende a manter v0 até atuar uma força de frenagem. 2ª lei: a = (v-v0)/?t = (3-12)/5 = -1,8 m/s²; F = m·a = 1,2×104·(-1,8) = -2,16×104 N (força média de travagem). Energia: ?K = ½m(v²-v0²)=0,5·1,2×104·(9-144)=-8,10×105 J. Energia recuperável = ?·|?K| = 0,60·8,10×105 = 4,86×105 J. 3ª lei: força de frenagem aplicada pelas rodas ao sistema de recuperação gera reação das vias; o conversor elétrico exige torque reativo nas rodas. Previsões: potência média recuperada ˜ 4,86×105 J / 5 s = 9,72×104 W (~97,2 kW). Conclusão: as leis de Newton vinculam a necessidade de forças e torques, quantificam desaceleração e permitem estimar a energia convertida e limitações tecnológicas (eficiência, limites térmicos, desgaste).

Explicação

A análise das três Leis de Newton permite compreender o movimento do ônibus e as forças envolvidas na frenagem. Os cálculos realizados para a desaceleração, força média e energia cinética perdida são fundamentais para quantificar a eficiência do sistema de frenagem regenerativa. Além disso, a relação entre a força de frenagem e a reação nas vias ilustra a interação entre os sistemas mecânico e elétrico, destacando a importância da eficiência energética no processo.

Raio-X da questão

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